TD-HSDPA基本原理

HSDPA實際上是一些無線增強技術的集合,與R4系統相比,HSDPA主要是通過修改空中接口來增強系統性能。空口引入了高速下行共享信道(HS-DSCH)和相應的功能實體,支持高速下行分組數據的傳輸。HSDPA主要操作在UE、Node B的物理層和MAC層,而無線鏈路控制(RLC)和分組數據匯聚協定(PDCP)不做任何改動。從物理層來看,主要是引入自適應調製編碼(AMC)和混合自動重傳請求(HARQ)技術來增加數據吞吐量。從上層結構上來看,主要是增加了Node B的處理功能,在Node B和UE的MAC層引入MAC-hs實體,專門用來完成與HS-DSCH相關的MAC層操作以及與HARQ協定相關的處理。

原理

HSDPA是TD-SCDMA/WCDMA在3GPPRel5中引入的增強型技術,通過採用AMC、HARQ和快速調度等技術,在基站側增加了一個實體MAC-hs用於數據的快速調度,可獲得較高的用戶峰值速率和小區數據吞吐率。在單載波下,TD-HSDPA可獲得最大2.8Mbps的理論吞吐量,多載波綁定時,可得nx2.8Mbps(n為綁定載波數)的理論吞吐率。

結構

1.1HSDPA協定棧結構

如圖1所示,引入HSDPA後,對UU口的影響主要是在MAC層增加了一個MAC-hs實體,位於MAC-d和Phy之間,用於對數據進行調度。MAC-hs實體的功能分別在UE和NodeB實現。對Iub的影響主要是增加了一個HS-DSCH數據幀和兩個HS-DSCH控制幀,用於在NodeB和SRNC之間進行HS-DSCH數據的傳輸和流量控制。

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圖1HSDPA協定棧架構

1.2UTRAN側MAC結構

描述MAC-hs實體的結構及功能

UTRAN側MAC總體結構

如圖2所示為引入HSDPA後UTRAN側MAC總體結構。從結構上看,原有的MAC-d、MAC-c/sh沒有變化,只是新增了一個MAC-hs實體。

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圖2UTRAN側MAC結構

在網路側,MAC-c/sh位於CRNC,MAC-d位於SRNC,而MAC-hs位於NodeB,如果配置了MAC-c/sh,則MAC-shSDU的傳送路徑為MAC-d―Iur(或無須通過Iur)―MAC-c/sh―Iub―MAC-sh;如果沒有配置MAC-c/sh,則MAC-shSDU的傳送路徑為MAC-d―Iub/Iur―MAC-sh;HARQ的具體配置信息由RRC通過MAC-ControlSAP提供。為支持MAC-d和MAC-hs之間的數據傳輸,需要增加MAC-d與MAC-hs間的流量控制功能。

UTRAN側MAC-hs實體

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圖3UTRAN側MAC-hs實體

如圖3所示,每個支持HS-DSCH的小區對應一個MAC-hs實體,MAC-hs負責處理HS-DSCH數據傳送,同時還負責管理HSDPA的物理資源。在MAC_hs中對每個MAC-dPDU都進行優先權處理。MAC_hs包括以下四個功能模組:

- FlowControl(流量控制):

完成MAC-hs與MAC-d或MAC-c/sh之間的流量控制,以減少層2的時延,減少由於HS-DSCH擁塞導致的數據丟失和重傳。

-Scheduling/PriorityHandling(調度/優先權處理):

該模組主要完成的功能包括對小區內所有用戶進行調度。一個UE可以有一個或多個MAC-d數據流,每個MAC-d數據流包括的HS-DSCHMAC-dPDUs根據優先權分配至一個或多個優先權佇列,一個優先權佇列只對應一個MAC-d數據流。

確定HARQ實體(一個HARQ實體處理一個用戶),對於每個待傳送的MAC-hsPDU,向HARQ實體指示QueueID(即優先權佇列識別號)和TSN。

根據上行鏈路的反饋的狀態報告確定是傳送新的數據還是重傳數據。

確定冗餘版本;

確定HCSN,向某用戶傳送HS-SCCH時,該用戶的HCSN加一。

- HARQ:

完成HARQ功能。一個HARQ實體能支持多進程的SAWHARQ協定,每個HS-DSCHTTI只能運行一個HARQ進程。

根據scheduler功能模組的指示,設定MAC-hsPDU的QueueID,TSN。傳送數據時,確定HARQ的進程,設定相應的HARQprocessID。

負責將狀態報告傳送至Scheduling功能模組。

- TFRCselection:

為HS-DSCH選擇適當的傳輸格式及傳輸資源。

UE側MAC結構

UE側MAC總體結構

如圖4所示為引入HSDPA後UE側MAC總體結構。從結構上看,原有的MAC-d、MAC-c/sh沒有變化,只是新增了一個MAC-hs實體。

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圖4UE側MAC結構

下行鏈路上,從HS-DSCH接收到的數據傳送至MAC-hs處理,處理完的數據傳送至MAC-d。MAC-hs的配置由RRC通過MACControlSAP配置。相關的下行信令攜帶了支持HS-DSCH的信息,相關上行信令攜帶了反饋給網路側的信息。

UE側MAC-hs實體

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圖5UE側MAC-hs實體

如圖5所示為UE側MAC-hs實體結構,UE側MAC_hs處理HSDPA相關功能,主要包括HARQ、Re-orderingqueuedistribution、Reordering和Disassembly功能模組:

-HARQ:

HARQ實體主要完成和HARQ協定相關的MAC功能。處理HARQ所有任務,負責產生ACK/NACK。HARQ的具體配置信息由RRC通過MAC-ControlSAP提供。

UE的HARQ實體包括多個HARQ進程,不過每個HS-DSCHTTI只能有一個HARQ進程。HS-SCCH中攜帶HARQ進程識別,指示隨後接收的HS-DSCH由哪個HARQ進程處理。

-ReorderingQueuedistribution:

根據QueueID將MAC-hsPDUs分派到不同的reorderingbuffer。

- Reordering:

對應每個Queue有一個Reordering實體,Reordering實體根據接收到的TSN(傳輸序列號)對PDU進行排序,將TSN連續的PDU送至disassembly實體。

-Disassembly:

負責對MAC-hsPDUs進行拆分。去除MAC-hs頭,抽取MAC-dPDU並遞交到高層。

信道

TD-HSDPA中的信道如表1所示,其中有灰底的條目表示TD-HSDPA新增信道。

表1TD-HSDPA中的信道

信道分類 信道名稱 功能
邏 輯 信 道 廣播控制信道(BCCH) 承載廣播系統的控制信息
尋呼控制信道(PCCH) 網路不知道UE所在小區位置時,傳輸尋呼信息
專用控制信道(DCCH) 在UE和網路間雙向傳遞專用控制信息
公共控制信道(CCCH) 在UE和網路間雙向傳遞控制信息
專用業務信道(DTCH) 雙向傳遞用戶信息
公共業務信道(CTCH) 為一個或多個UE傳遞專用的用戶信息
共享控制信道(SHCCH) 在UE和網路間傳遞有關上下行共享信道的控制信息

續表

信道分類 信道名稱 功能
傳 輸 信 道 廣播信道(BCH) 用於廣播系統和小區的特有訊息
上行共享信道(USCH) 承載專用控制數據或業務數據,可被UE共享
下行共享信道(DSCH) 承載專用控制數據和業務數據,可被UE共享
尋呼信道(PCH) 發射尋呼信息,以支持UE有效的休眠模式
前向接入信道(FACH) 系統知道移動台所在小區位置時,承載向移動台發射的控制信息;承載短得用戶信息數據包
隨機接入信道(RACH) 承載來自移動台的控制信息和一些短的用戶信息數據包
高速下行共享信道(HS-DSCH) HSDPA專用傳輸信道,不同UE可以通過時分復用和碼分復用來共享
物 理 信 道 專用物理信道(DPCH) 承載與DCH有關的信息
尋呼指示信道(PICH) 為UE提供有效的休眠模式操作
上行導頻信道(UpPCH) 用於物理同步
下行導頻信道(DwPCH) 用於物理同步
主公共控制物理信道(PCCPCH) 承載來自BCH的信息,用作整個小區的系統廣播
輔助公共控制物理信道(SCCPCH) 承載來自PCH和FACH的數據
物理隨機接入信道(PRACH) 承載來自RACH的數據
物理上行共享信道(PUSCH) 承載來自USCH的數據
物理下行共享信道(PDSCH) 承載來自DSCH的數據
快速物理接入信道(FPACH) NodeB使用它來回響UE傳送的接入請求,同時對UE的傳送功率和同步偏移進行調整
高速物理下行共享信道(HS-PDSCH) 承載與HS-DSCH有關的信息
HS-DSCH共享控制信道(HS-SCCH) 承載與HS-SCCH有關的高層控制信息
HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH) 承載與HS-SCCH有關的高層控制信息和信道質量指示信息

圖6和圖7分別詳盡地表示了UTRAN和UE側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係。

TD-HSDPA基本原理 TD-HSDPA基本原理

圖6UTRAN側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係

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圖7UE側的物理信道、傳輸信道、邏輯信道的映射關係

與R4不同,HSDPA引入了傳輸信道:高速下行共享信道(HS-DSCH),以及物理信道:高速物理下行共享信道(HS-PDSCH)、HS-DSCH共享控制信道(HS-SCCH)、HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH)。

下面介紹新增信道中的HS-DSCH。

HS-DSCH是HSDPA專用傳輸信道,對不同的UE可以通過時分復用和碼分復用來共享HS-DSCH,它是根據傳輸時間間隔被分配給用戶。對同一個UE可以進行多碼傳輸,這取決於UE的能力。它映射到物理信道HS-PDSCH,HS-PDSCH的擴頻因子SF可以為1或者16。

1.HS-DSCH信道的協定結構

HS-DSCH的部分功能在沒有升級到具備HS-DSCH功能的蜂窩環境中也能實現,在這個結構體中,R4原有的分組數據匯聚協定(PDCP)子層、無線鏈路控制(RLC)子層和MAC-d子層沒有改變。不同的是,新增了一個MAC-hs實體,該功能實體包含HARQ和HSDPA的調度功能以及對HS-DSCH的控制功能。

在NodeB側,有兩種可以採用的協定配置。

(1)有MAC-c/sh配置:NodeB中的MAC-hs位於CRNC中的MAC-c/sh之下。MAC-c/sh可以為HS-DSCH提供像R4中DSCH同樣的功能,HS-DSCH幀協定(FP)用來處理SRNC到CRNC以及CRNC和NodeB之間的數據傳輸。協定結構如圖8所示。

(2)無MAC-c/sh配置:CRNC沒有任何用於HS-DSCH的用戶面功能,SRNC中的MAC-d直接在NodeB中的MAC-hs之上。在HS-DSCH用戶平面中,SRNC直接與NodeB相連,無需經過CRNC。協定結構如圖9所示。

2.HS-DSCH信道特徵

(1)一個HS-DSCH只在一個CCTrCH中進行信息處理和解碼。

(2)每個UE只有一個CCTrCH是為HS-DSCH配置的。

(3)CCTrCH可以映射到一個或多個物理信道HS-PDSCH上。

(4)每個CCTrCH中只有一個HS-DSCH。

(5)僅存在於下行鏈路。

(6)可以進行波束賦形。

(7)除功率控制,可以採用鏈路自適應技術進行速率控制。

(8)可以在整個小區進行廣播。

(9)總是與DPCH和一個或多個共享物理控制信道HS-SCCH對應,進行信息傳輸。

TD-HSDPA基本原理 TD-HSDPA基本原理

圖8有MAC-c/sh配置的HS-DSCH協定結構圖

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圖9無MAC-c/sh配置的HS-DSCH協定結構圖

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